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M.G Paredes, L.P. Güereca, A. Noyola
Instituto de Ingeniería - UNAM
Estimación de los factores de emisión de CH4 de los
tres procesos de tratamiento de aguas residuales
municipales mas representativos en México
Auditorio Nabor Carrillo
Octubre, 2018. Ciudad de México, México
Emisiones de GEI en México
Estado actual del TAR en México
Emisiones de CH4 por el sector del TAR
Factores de emisión de CH4 por LE
Oportunidades de mejora
Comentarios finales
70%
10%
8%5%
7%
Energía
Ganado
Procesos industriales
Fuentes agregadas y fuentes deemisión no CO2 de la tierra
Residuos
INECC, 2018
Emisiones Totales (2015): 683 Mt de CO2 eq
92 %
8.0%
CH4
N20
49 %48 %
2.0% 1.0%
Tratamiento de residuos sólidos
Tratamiento de aguas residuales
Incineración y quema a cierlo abierto de residuos
Tratamiento biológico de residuos sólidos
INECC, 2018
Emisiones totales (2015): 46 Mt de CO2 eq (7 % del total)
Emisiones de GEI por el TAR
- Segundo GEI más abundante después del
CO2
- Contaminante climático de vida corta (CCVC)
- TAR puede producir CH4, dependiendo de la
tecnología seleccionada y su operación.
- Tiene un GWP 34 veces mayor que el CO2
(100 años)
Myhre et al. 2013
Fayez et al., 2011
Se estima que el metano producido por el sector del TAR constituye entre el 8 - 11% del total de emisiones de metano mundiales
CONAGUA, 2016
PTAR municipales (2015): 2 477
Flujo tratado: 120.9 m3/s
57%43%
Tratamiento de aguas residuales en México
Agua residual tratada Agua residual no tratada
CONAGUA, 2016
5021
42
101
28
9968
32
752 746
10 19
63
140
28 21
7452
14
118
0
100
200
300
400
500
600
700
800
No
. de
PTA
R
Tipos de tecnologías
Las tres principales tecnologías:
- Lagunas de Estabilización
- Lodos Activados
- Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
Total: 1729 (70 %)
CONAGUA, 2016
Lodos activados55%
Primario avanzado3 %
Lagunas aireadas6%
Otros5%
Reactor de flujo ascendente
1%
Dual 12%
Lagunas de estabilización
12%
Primario1% Filtros biológicos
4%
Las tres principales tecnologías (2015):
- Lodos Activados
- Lagunas de Estabilización
- Dual
Representan el 79% del caudal tratado en México
* Dual: Sistema de tratamiento combinado o doble etapa
(filtro percolador + lodos activados)
IPCC, 2007
El Panel Intergubernamental de Cambio Climático (IPCC) desarrolló una serie de
directrices metodológicas para la elaboración de inventarios nacionales de GEI, que permiten
a todos los países interesados elaborar sus inventarios de emisiones de forma clara y
comparable.
Estas guías son mejoradas constantemente; incluyen instrucciones y manuales de referencia.
IPCC, 2017
Escasa disponibilidad de datosTIER 1• Valores por defecto para los factores de emisión
• Se considera como “Buena Práctica”
Factor específico del paísTIER 2• Incorporación de un factor de emisión específico del país
• Se debe tomar en cuenta las emisiones generadas por la disposición de lodos residuales
Factores específicos por tratamiento TIER 3• Es el más avanzado, datos específicos de los principales TAR del país
• Considera las grandes instalaciones de PTAR
Ince
rtidu
mb
re
De acuerdo a lo anterior, se considera de gran importancia generar factores de
emisión específicos y que deberán tomar en cuenta las condiciones ambientales del
país y las tecnologías de tratamiento usadas.
NIVEL 3
Esta información permitiría minimizar la incertidumbre de los inventarios de emisiones
GEI de los TAR municipales en México y así poder contar con datos precisos que
permitieran establecer adecuadas medidas y estrategias de mitigación.
Paredes MG, 2017
Paredes MG, 2017
Lagunas facultativas
Lagunas anaerobias1. Torreón (TOR)2. Los Mochis (MOC)3. Comitán (COM)4. Coatzacoalcos (COA)5. Irapuato (IRA) * Puntos de muestreo
TOR IRA COM MOC COA
Uso de agua residual Cuerpos de agua Agricultura Agricultura Río Río
Parametro Influente Efluente Influente Efluente Influente Efluente Influente Efluente Influente Efluente
Flujo tratado (L/s) 1357 ± 128 775 ± 65 160 ± 14 1036 ± 191 220 ± 60
DBO5 (mg/L) 344 ± 36 88 ± 7 241 ± 45 108 ± 15 278 ± 35 140 ± 39 61 ± 15 36 ± 17 61 ± 15 41 ± 15
Temperatura (oC) 32.4 ± 1.7 29 ± 3 30 ± 2 30 ± 2 24 ± 2 24 ± 2 27 ± 3 27.6 ± 3 31 ± 2 31 ± 2
Flujo tratado (L/s) 1171 ± 357 748 ± 73 -- 942 ± 235 --
% remoción de DBO (%) 73 % 54 % -- 38 % --
Temperatura (oC) 29 ± 1 29 ± 3 28 ± 2 28 ± 2 -- 27 ± 4 27 ± 4 --
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
TOR IRA COM MOC COA
% r
emo
ció
nd
e D
BO
PTAR
% remoción de DBO
Muestreo # 1
Muestreo # 2
𝐸𝑚𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐶𝐻4 = 𝐹𝐸 ∗ 𝑇𝑊𝑂
Lagunas de estabilizaciónSin recuperación de
metanoMCF 0.8 and 1.0
1. Cinco cámaras fueron distribuidas a lo largo de cada laguna.
2. Una vez colocado las cámaras estáticas en los puntos de muestreo estratégicos, el
siguiente paso fue tomando mediciones a intervalos de 30 minutos durante tres horas.
3. Las concentraciones de gas metano se determinaron utilizando un Analizador de
biogás Portátil.
𝐹𝐸 = 𝐵𝑜 ∗ 𝑀𝐶𝐹
Emisiones de CH4 teóricas – Metodología IPCC
Emisiones de CH4 en campo – Método de Flux Chamber
Paredes MG, 2016VIDEO_MUESTREO LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
Primer muestreo (Estiaje) Segundo muestreo (Lluvias)
PTAR Lagunas anaerobias Lagunas facultativas Lagunas anaerobias Lagunas facultativas
CH4 flux (mg CH4/m2h)
TOR2226 ± 1018 123 ± 21 1329 ± 653 125 ± 5
1112 ± 430 156 ± 29 776 ± 317 124 ± 6
COM 907 ± 304 186 ± 27 --- ---
IRA 441 ± 104 - 158 ± 28 ---
COA 366 ± 113 123 ± 3 --- ---
MOC 231 ± 62 125 ± 19 200 ± 29 115 ± 6
2226
200158
776
1329
231
441
1112
123 124
115
125 125
156
Sistema PaísFlujo tratado
(L/s)
COD
(mg/L)
Temperatura
(oC)
CH4 flux
(mg CH4/m2h)
Referencia
LE Mexico 160-1357 195-686 24-32 115 – 2226 Estudio actual
LE Bolivia 317 1,336 13-14 5 - 152 Parra et al. 2010
LE Portugal 15.5 699 20 541 – 1450 Toprak 1995
LA England 46.3 ---- 10-20 175 - 842 Czepiel et al. 1993
LA France 10.2 685 12-24 55 – 2035 Paing et al. 2000
LA China 3472 200 12 -24 89 - 143 Wang et al. 2011
LA FrancePoblacion servida
13,800589 18 358 – 2970 Picot et al. 2003
Primer muestreo Segundo muestreo
PTAR kg CH4/kg DBO rem kg CH4/m3 agua tratada kg CH4/kg DBOrem kg CH4/m
3 agua tratada
MOC 2.15 ± 0.436 0.064 ± 0.015 1.94 ± 0.267 0.056 ± 0.010
COA 1.08 ± 0.283 0.024 ± 0.006 --- ----
COM 0.60 ± 0.115 0.092 ± 0.016 --- ---
TOR 0.45 ± 0.13 0.11 ± 0.027 0.35 ± 0.122 0.073 ± 0.021
IRA 0.15 ± 0.03 0.019 ± 0.005 0.06 ± 0.011 0.007 ± 0.001
Emisiones de CH4 en CO2 eq
Lagunas de estabilización
WWTP
TOR MOC COM IRA COA
CO
2 e
q. (G
g/y
ear)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
on site-measurements
IPCC (MCF:0.8)
IPCC (MCF:1)
32
64
52
221816
13
195
156
511
16
63
132
- Los valores obtenidos en el cálculo de emisiones de CH4 teóricas generadas durante el
proceso de Lagunas de Estabilización aplicando la metodología del IPCC presentan una
sobreestimación con respecto a las emisiones obtenidas en campo, un hallazgo de
gran relevancia cuando se considera el diseño de estrategias de mitigación
apropiadas para estos sistemas de tratamiento.
- Los factores de emisión de metano in-situ obtenidos son particulares para cada
sistema evaluado, ya que cada instalación tiene un contexto específico en relación con
las condiciones ambientales y de operación.
- Los factores de emisión podrán ser empleados para el cálculo de emisiones de metano
generados por el tratamiento de aguas residuales en México. Esta información permitirá
minimizar la incertidumbre de los inventarios nacionales en este sector.
Comentarios finales
- Captura de los olores generados por la degradación de la materia orgánica.
- Permite la captura y quema del biogás generado, evitando así su emisión directa a la
atmósfera
- Si la política energética de la región y la ubicación de los sistemas de LE es favorable, se
podría considerar la implementación de un sistema de aprovechamiento del biogás para
generar electricidad.
Reducción de emisiones de CH4 por el
sistema de LE
Actualización continua del inventario nacional de emisiones de GEI del sector de
tratamiento de aguas residuales en México. (Incorporar óxido nitroso (N2O).
Continuar con mediciones de campo en PTAR representativas en las diferentes
estaciones del año con el fin de caracterizar el comportamiento de las emisiones de CH4
a lo largo del tiempo.
Generar una base de datos de factores de emisión propios en las condiciones reales de
funcionamiento de las PTAR.
Evaluación de la viabilidad ambiental, social y económica de los proyectos de desarrollo
tecnológico para reducir las emisiones de GEI generadas por el tratamiento de aguas
residuales, a través de un enfoque de Análisis de Ciclo de Vida.
- Este trabajo fue parte del proyecto
internacional SLCF-2013 Mexico.
- Financiado por Global Environment
Facility (GEF)
- Coordinado por el Molina Center for
Energy and the Environment, bajo el
contrato GFL-4C58 of UNEP.